电力电子核心技术优秀课程设计优质报告.docx

电力电子课程设计汇报

题 目三相桥式全控整流电路设计

学 院：
电子和电气工程学院
年级专业：
级电气工程及其自动化
姓 名：

学 号：

指导老师：
高婷婷，林建华
成 绩：

指导老师评语：

指导老师署名：
年 月 日

摘要
整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为关键同时也是应用得最为广泛电路，不仅用于通常工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统，能源系统及其它领域，所以对三相桥式可控整流电路相关参数和不一样性质负载工作情况进行对比分析和研究含有很强现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习关键一环，而且对工程实践实际应用含有估计和指导作用，所以调试三相桥式可控整流电路相关参数并对不一样性质负载工作情况进行对比分析和研究含有一定现实意义。 

关键词：电力电子，三相，整流

目录
1 设计目标和意义………………………………………1
2 设计任务和要求…………………………………………1
3 设计方案…………………………………………………1
3.1三相全控整流电路设计 ……………………………………1
3.1.1三相全控整流电路图原理分析…………………………………2
3.1.2整流变压器设计………………………………………………2
3.1.3晶闸管选择……………………………………………………3
3.2 保护电路设计……………………………………………4
3.2.1变压器二次侧过压保护…………………………………………4
3.2.2 晶闸管过压保护………………………………………………4
3.2.3 晶闸管过流保护………………………………………………5
3.3 触发电路选择设计………………………………………5
4 试验调试和分析…………………………………………6
4.1三相桥式全控整流电路仿真模型………………………6
4.2仿真结果及其分析……………………………………………7
5 设计总结…………………………………………………8
6 参考文件…………………………………………………9
1 设计目标和意义
本课程设计属于《电力电子技术》课程延续，经过设计实践，深入学习掌握《电力电子技术》，更深入掌握和了解她三相桥式全控整流电路。经过设计基础技能训练，培养学生含有一定工程实践能力。经过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统电子电力方面知识，同时也提升了学生动手能力。
2 设计任务和要求
三相桥式全控整流电路要求输入交流电压为阻感性负载。
1.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载移相范围，并计算出直流电压改变范围
2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。
3.画出α=60°时，负载两端和晶闸管两端波形。
4.分析纯电阻负载和大电感负载和加续流二极管电路区分。
5.晶闸管型号选择。
3 设计方案
3.1三相全控整流电路设计

图1.三相桥式全控整流电路阻感性负载

3.1.1三相全控整流电路图原理分析
晶闸管按从1至6次序导通，为此将晶闸管按图示次序编号，即共阴极组中和a、b、c三相电源相接3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中和a、b、c三相电源相接3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。编号图示，晶闸管导通次序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。其工作特点是任何时刻全部有不一样组别两只晶闸管同时导通，组成电流通路，所以为确保电路开启或电流断续后能正常导通，必需对不一样组别应到导通一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲宽度应大于π／3宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以能够采取脉冲列替换双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮番进行，但只在同一组别中换相。
接线图中晶闸管编号方法使每个周期内6个管子组合导通次序是VT1-
VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5脉冲依次相差2π／3；同一相上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内波形是6个线电压包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动波形全部一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。α>0时，Ud波形出现缺口，伴随α角增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当α=2π／3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α移相范围是O～2π／3；当O≤α≤π／3时，电流连续，每个晶闸管导通2π／3；当π／3≤α≤2π／3时，电流断续，个晶闸管导通小于2π／3.23α=π／3是电阻性负载电流连续和断续分界点。
3.1.2整流变压器设计
三相桥式全控整流电路应选择三相变压器星形接法图1所表示。
主电路种影响整流变压器次级电压正确计算关键原因是值大小要确保满足负载所要求最大平均电压，当整流输出电压连续时（即带阻感负载时）平均值为

2）二次电流和一次电流计算 直流输出平均电流为

3）变压器容量计算变压为

3.1.3 晶闸管选择
合理地选择晶闸管，能够在确保晶闸管装置可靠运行前提下降低成本，取得很好技术经济指标。在采取一般型（KP型）晶闸管整流电路种，应正确选择晶闸管额定电压和额定电流参数。
1晶闸管额定电压（）
晶闸管额定电压必需大于元件在电路中实际承受最大电压，考虑到电网电压波动和操作过电压等原因，还要设置2到3倍安全系数，即

由理论分析可得，当可控整流电路接成三相全控电路形式时，每个晶闸管所承受正、反向电压均为整流变压器次级线电压峰值，即

由三相全控整流电路波形分析可知，晶闸管最大正向电压峰值均为变压器二次线电压峰值：

2晶闸管额定电流（）
晶闸管电流定额要根据有效值相等标准来选择，并应留一定裕量。通常取其额定电流为按此标准计算结果1.5到2倍，即

3选择晶闸管型号
三相桥式全控整流电路应选择KP30-4型晶闸管，共六只
4晶闸管图片

图2.晶闸管
3.2.保护电路设计
3.2.1变压器二次侧过压保护
该变压器为初级绕组三角形接法=380V, =82.96A；次级绕组星形接法=150V，=24.804A，容量为12KV变压器，RC过电压抑制电路可接于供电变压器两端（供电网一侧称网测，电力电子电路一侧称阀测），或电力电子电路直流侧。

图3.二次侧过压保护
3.2.2晶闸管过压保护：
关键考虑换相过电压抑制。晶闸管元件在反向阻断能力恢复前，将在反向电压作用下流过相当大反向恢复电流。当阻断能力恢复时，因反向恢复电流很快截止，经过恢复电流电感会因高电流改变率产生过电压，即换相过电压。为使元件免受换相过电压危害，通常在元件两端并联RC电路。即

图4.晶闸管过压保护
3.2.3过流保护电路
1主电路保护
电子电路作为第一保护方法，快速熔断器仅作为短路时部分区段保护，支流快速熔断器整定在电子电路动作以后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。
2晶闸管过流保护
对关键且易发生短路晶闸管设备，需采取电子电路进行过电流保护。常在全控型器件驱动电路种设置过电流保护步骤，响应最快。

图5.晶闸管过流保护
3.3触发电路选择设计
驱动电路在主电路和控制电路之间，用来对控制电路信号进行放大中间电路（即放大控制电路信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路，驱动电路基础任务。就是将信息电子电路传来信号根据其控制目标要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，能够使其开通或关断信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以确保器件按要求可靠导通或关断。触发电路由三片集成触发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲发生器芯片KJ041形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即组成完整。触发电路产生触发信号用接插线和主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同时、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大多个步骤。

图6.触发电路
3.4总设计图

图7.总设计图
4 调试和总结分析
4.1三相桥式全控整流电路仿真模拟
依据三相桥式全控整流电路原理能够利用Simulink内模块建立仿真模型图2所表示，设置三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流桥三相电源。用6个Thyristor组成整流桥，实现交流电压到直流电压转换。6个PULSE generator产生整流桥触发脉冲，且从上到下分别给1～6号晶闸管触发脉冲。

图8.仿真模拟电路
4.2仿真结果和分析
当α=60度时，ud波形连续，电路工作情况和带电阻负载时十分相同，各晶闸管通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受电压波形等全部一样。区分在于负载不一样时，一样整流输出电压加到负载上，得到负载电流 id 波形不一样，电阻负载时 ud 波形和 id 波形形状一样。而阻感负载时，因为电感作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时候，负载电流波形可近似为一条水平线。

图9.触发角为α=60°时波形图

图10.触发角为α=60°时仿真波形图
5 设计总结

6 参考文件
【1】 王兆安，黄俊，电力电子技术（第四版），北京：机械工业出版社；
【2】 康华光，电子技术基础，北京：高等教育出版社；
【3】 谭立新，刘觉民，三相桥式全控整流电路设计期刊论文，湖南文理学院学报（自然科学报）；
【4】 李自成，许丽，电力电子技术及应用，西北工业大学出版社；